Устройство для определения угла наклона

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯН АВтОоСкОмЮ СвиДетжльСтвю Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 260279 (21) 2729291/18-10с присоединением заявки йо -(51)М, Кл.8 С 01 С 9/20 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно к устройствам для измерения углов наклона.Известны устройства для определения наклона, содержащие резервуар,частично заполненный ртутью, и жестко связанную с ним оптическую систему,включающую в себя источник света, Фокусирующую линзу и мишень. Световойлуч направляется под углом к поверхности ртути и отражается от нее наФокусирующее зеркало, на котором рассматривается изображение, О горизонтальности судят по углу наклонаизображения мишени 1 .Известен наклономер с резервуаром,который имеет Форму цилиндра с плоским дном и крышей и заполнен электролитом. Имеются также две пары элекОтродов, которые включены в мостовыеизмерительные схемы 21 . Известнобесконтактное устройство для измерения угловых перемещений, содержащееисточник света, линейный поляризатор,2 сдва анализатора поляризованного света, два Фотоприемника с идентичнымихарактеристиками, импульсный генератор и электронный блок обработки из-мерительных сигналов (33,30 Известные датчики углов наклона объекта имеют целый ряд недостатков, основным иэ которых является сложность конструкции. При работе таких устройств в широком интервале температур для достижения высокой точности измерения необходимо предъявлять весьма жесткие требования к отдельным элементам и устройству в целом.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для определения угла наклона, принцип действия которого основан на использовании свойств. поляризацнонной оптики, содержащее источник света, поляризатор, модулятор, анализатор, Фотоприемный блок и систему поворота плоскости поляризации линейно поляризованного луча, выполненную в виде оптически прозрачного резервуара, частично заполненного жидкостью, обладающей естественным вращейием плоскости поляризации линейно поляризованного луча, например скипидаром.При наклоне устройства относительно вертикали слой выше упомянутой жидкости в резервуаре имеет различную толщину и, следовательно, плоскостьполяризации лучей, просвечивающихрезервуар н различных местах, повернута на разную величину. По этой разнице в повороте плоскости поляризациилучей и судят об угле наклона 4 .Однако лучи, просвечивающие оптически прозрачный резервуар с вышеупомянутой жидкостью, имеют вполнеопределенную конечную толщину, поэтому при наклоне устройства клиновидныйслой жидкости создает в различных точках сечения луча разный поворот плоскости поляризации, что, естественно,ухудшает точность измерения.Цель изобретения - повышение точности измерения угла наклона,Эта цель достигается тем, что нустройство для определения угла наклона, содержащее источник света, по-.ляризатор, модулятор, анализатор, фотоприемный блок, регистратор и систему поворота плоскости поляризации линейно поляризованного луча, расположенную между поляризатором и модулятором и выполненную в виде оптическипрозрачного резервуара, который частично заполнен жидкостью, обладающейестественным вращением плоскости поляризации линейно поляризованного луча, введены оптические элементы,обеспечивающие вращение луча, выходящего из системы поворота плоскостиполяризации, на угол 180 вокруг оптической оси, и его вторичное прохождение через систему поворота плоскостиполяризации в обратном направлении,выполненные в виде установленных подрезервуаром приамы Доне и двух зеркал,преломляющих поляризованный луч.На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого устройства,Устройство состоит из источника 1света, коллиматора 2, поляризатора 3, 40резервуара 4 с прозрачными верхнейкрышкой 5 и нижней б, который частично заполнен жидкостью 7, обладающейестественным вращением плоскости поляризации, зеркал 8 и 9, призмы Доне19, поляризационного модулятора 11,выполненного, например, на основеячейки Фарадея, анализатора 12, линзы 13, фотоприемника 14, электронного регистратора 15 и электронногоблока 16 управления.устройство работает следующим образом,Свет от источника 1 формируетсяпараллельно в пучок коллиматора 2 и,пройдя поляризатор 3, становится линейно поляризованным, проходит последовательно через проэрачнур. верхнююкрышку 5 резервуара 4, слой жидкости 7, прозрачную нижнюю крышку 6 и,отразившись от зеркала 8, попадает Щна призму Доне 10. Пройдя призму 10и отразившись от зеркала 9 свет снова проходит жидкость 7, затем черезполяризационный модулятор 11 (управляемый электронным блоком 16), ана- у лизатор 12 и линзу 13, попадает на фотоприемник 14, выход которого связан с электронным регистратором 15.В том случае, когда нижняя крышка 6 резервуара 4 находится в горизонтальной плоскости, слой жидкости имеет равную толщину по всей площади, Система элементов 11-16, предназначенная для измерения поворота плоскости поляризации линейно поляризованного излучения, показывает нулевое отклонение, При наклоне устройства в плоскости его оптической оси (нижняя крышка 6 не лежит н горизонтальной плоскости), слой жидкоститановится разнотолщинным, и поляриметрическая схема, состоящая из элементов 11-16, зарегистрирует сигнал, отличный от нуля и пропорциональный углу наклона.Вследствие того, что луч света имеет конечную толщину, а слой жидкости при наклоне устройства имеет клиновидную форму сечения, плоскость поляризации света, распространяющего" ся ближе к центру резервуара, повернется на меньший угол чем плоскость поляризации света, расположенного ближе к стенке резервуара. Для того, чтобы это явление не ухудшило точность, введен элемент 10 (в данном случае призма Доне), вращающийся луч вокруг оптической оси на угол 180 О, благодаря чему свет, прошедший резервуар с жидкостью в первый раз ближе к стенке, при втором (обратном) прохождении пройдет жидкость ближе к центру.И наоборот свет прошедший ближе к центрув прямом направлении) при втором пересечении (в,обратном направ ленин) пройдет дальше от центра. Таким образом, неравномерность во вращении плоскости поляризации по сечению пучка, возникающая при первом прохождении, компенсируется при его втором (обратном) прсхождении резервуара с жидкостью.Устройство отличается сравнительно простой конструкцией и выполнено с чувствительностью не хуже 0,1 угл с при работе в широком температурном диапазоне, так как линейные приращения чувстнительного элемента (жидкость с естественным вращением плоскости поляризации) не ведут к погрешности в измерениях. На базе представленной схемы возможны и другие конструктивные решения. Например, если направить излучение от.источника света на поверхность жидкости под углом, отличным от нормального, то вместо зеркал 8 и 9 и призмы Доне можно испольэовать одно зеркало, расположенное под нижней крышкой резервуара и параллельно ей.Техническое преимущество предлагаемого устройства по сравнению с известными заключается в повышении чувствительности за счет устранения поляризованного дефекта устройства.787895 формула изобретения Колюбакин ш Кор Составитель Л. Техред И.Астал ор М. Вигул Редактор М. Келемеш Заказ 8335/46 одписноетета СССРткрытийнаб., д, 4/5 ТиражПИ Госудпо деламМосква,ВН ственного ко эобретений и -35, Раушска 30 илиал ППП "Патент", г. Ужгород,оектная Устройство для определения угла наклона, содержащее источник света, поляризатор, модулятор, анализатор, фотоприемный блок, регистратор и систему поворота плоскости поляризации ли-нейно поляризованного луча, расположенную между поляризатором и модулятором, и выполненную в виде оптически прозрачного резервуара, который частично заполнен жидкостью, обладающей естественным вращением плоскости поляризации линейно поляризованного луча, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности из мерения, в него введены оптические 15 элементы, обеспечивающие вращение луча, выходящего из системы поворота плоскости поляризации, на угол 180вокруг оптической оси, и его вторичное прохождение через систему поворота плоскости поляризации в обратномнаправлении, выполненные в виде установленных под резервуаром призмыДаве и двух зеркал, преломпяющих поляризованный луч.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент Японки е 49-909,кл. 107 Е 5, опублик. 10.01,74.2. Патент США Р 3442028,кл. 33-206, опублик, 06.05.69.3. Патент США Р 3932039,кл. 356-138, опублик. 08.08.74.4. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2371449/18 - 10,кл. С 01 С 9/20, 14.06.76 (прототип),